电力系统分析课件于永源第八章

第八章 电力系统故障的分析与实用计算第八章 电力系统故障的分析与实用计算v 第一节 由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算v 第二节 电力系统三相短路的实用计算v 第三节 电力系统不对称短路的分析与计算v 第四节 电力系统非全相运行的分析第八章 电力系统故障的分析与实用计算电力系统的故障简单故障复合故障电力系统中某一处发生短路和断相故障的情况两个以上简单故障的组合电力系统短路故障1.三相对称短路2.单相接地短路 3.两相短路 4.两相接地短路 1.断一相故障2.断两相故障电力系统断相故障又称横向故障又称纵向故障属不对称故障第八章 电力系统故障的分析与实用计算第一节 由无限大容量电源供电的三相短路 的分析与计算一、无限大容量电源电源距短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源送出功率的变化 远小于电源的容量 ，这时可设 ，则该电源为无限大容量电源。电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中保持不变概念重要特性第八章 电力系统故障的分析与实用计算二、无限大容量电源供电的三相短路暂态过程的分析图 8-1 由无限大容量电源供电的三相短路电路第八章 电力系统故障的分析与实用计算短路发生前， a相的电压和电流的表达式如下：（ 8-1）（ 8-2）其中式中， 和 分别为短路前每相的电阻和电感。第八章 电力系统故障的分析与实用计算假定短路是在 t=0时发生，则 a相的微分方程式为：式中， 为电源电压的幅值； 为短路回路的阻抗， =； 为短路瞬间电压 的相位角； 为短路回路的阻抗角， ； 为由起始条件确定的积分常数； 为由短路回路阻抗确定的时间常数 ， 。其解为（ 8-3）（ 8-4）第八章 电力系统故障的分析与实用计算（ 8-5）式中 为短路电流周期分量的幅值 。短路瞬间的电流为电流暂态过程周期分量非周期分量稳态短路电流自由电流强制电流最后衰减为零第八章 电力系统故障的分析与实用计算是非周期分量电流的最大值 ，其值为：(8-7)(8-6)用 和 代替上式中的 可分别得到 和 的表达式。衰减系数a相电流的完整表达式：非周期分量电流的表达式：第八章 电力系统故障的分析与实用计算短路冲击电流发生在短路后半个周期时，其值为： （ 8-8）（ 8-9）概念：短路电流的可能最大瞬时值此时的 相全电流的表达式为：作用：检验电气设备和载流导体的动稳定度冲击系数，一般取 1.81.9三、短路的冲击电流、短路电流的最大有效值和短路功率1.短路的冲击电流第八章 电力系统故障的分析与实用计算图 8-2 非周期分量最大时的短路电流波形图第八章 电力系统故障的分析与实用计算2.短路电流的最大有效值最大有效值电流也发生在短路后半个周期时，其值为：（ 8-10）当 时， ；当 时， 。3.短路功率（短路容量）表达式：用标幺值表示为：在有名值计算中：（ 8-11）（ 8-12）（ 8-13）作用：用来校验断路器的切断能力。第八章 电力系统故障的分析与实用计算标幺值：（ 8-14）（ 8-16）（ 8-15）四、无限大容量电源供电的三相短路的电流周期分量有效值的计算短路电流周期分量有效值：当计及电阻影响时，则可改用下式计算：第八章 电力系统故障的分析与实用计算图 8-3（ a）所示系统中任意一点 的残余电压 为（ 8-17）（ 8-18）由式（ 8-17）可见，当 点向左移动时，电压 将逐渐增大。当参数均匀分布时，根据三相系统的对称性，可绘出三相电压沿系统各点的分布情况，如图 8-3（ c)所示。它超前于电流的相位角为第八章 电力系统故障的分析与实用计算(c)(b)图 8-3 三相短路时电流、电压相量图(a)电路图； (b)电流相量图； (c)电压相量图(a)第八章 电力系统故障的分析与实用计算第八章 电力系统故障的分析与实用计算第二节 电力系统三相短路的实用计算一、起始次暂态电流 的计算1.计算起始次暂态电流 ， 用于校验断路 器的断开容量和继电保护整定计算中2.运算曲线法，用于电气设备稳定校验三相短路 实用计算含义：在电力系统三相短路后第一个周期内认为短路电流周期分量是不衰减的，而求得的短路电流周期分量的有效值即为起始次暂态电流 。第八章 电力系统故障的分析与实用计算1.起始次暂态电流 的精确计算（ 1）系统元件参数计算（标幺值）。（ 2）计算 。 （ 3）化简网络。（ 4）计算短路点 k的起始次暂态电流 。（ 8-19）（ 8-21）（ 8-20）若 ，则：若只计电抗，则：第八章 电力系统故障的分析与实用计算2.起始次暂态电流 的近似计算（ 1）系统元件参数计算（标幺值）。（ 2）对电动势、电压、负荷进行简化。（ 3）化简网络。（ 4）短路点 k起始次暂态电流 的计算式为：（ 8-22）二、冲击电流和短路电流最大有效值1.对于非无限大容量电力系统冲击电流和短路电流的最大有效值计算第八章 电力系统故障的分析与实用计算（ 8-29）（ 8-25）（ 8-24）同步发电机的冲击电流为：异步电动机的冲击电流为：同步发电机的冲击系数异步电动机的冲击系数近似表示在实用计算中，异步电动机的冲击系数可选用表 8-1的数值，同步电动机和调相机冲击系数之值和同容量的同步发电机大约相等。第八章 电力系统故障的分析与实用计算当计及异步电动机影响时，短路的冲击电流为：注 功率在 800kW以上， 36kV电动机冲击系数也可取 1.61.75（ 8-26）（ 8-27）1.71.81异步电动机容量冲击系数 1.31.55001000200以下1.51.7200500 1000以上表 8-1 异步电动机冲击系数同步发电机供出的短路电流的最大有效值为：第八章 电力系统故障的分析与实用计算异步电动机供出的短路电流的最大有效值为：（ 8-28）（ 8-29）向短路点供出总短路电流最大有效值为：同步发电机供出的短路电流的最大有效值异步电动机供出的短路电流的最大有效值2.关于时间常数 等问题在做粗略计算时，可以直接引用等效时间常数的推荐值。表 8-2中的推荐值是以 给出的，而时间常数。第八章 电力系统故障的分析与实用计算表 8-3 电力系统各元件的 值架空电力线路75MW以下汽轮发电机电抗器大于 1000A有阻尼绕组的水轮发电机75MW及以上汽轮发电机名 称三芯铜电缆名 称变压器 100360MVA电抗器 1000A以下变压器 1090MVA推荐值变化范围35956512040951736102015526090257025406515 同步电动机同期调相机变化范围0.2140.11.193434564060.84020推荐值(rad)远离发电厂的短路点高压侧母线（主变 100MVA以上）高压侧母线（主变 10100MVA之间）汽轮发电机端水轮发电机端短 路 点发电厂出线电抗器之后短 路 点表 8-2 不同短路点 的推荐值806040351540第八章 电力系统故障的分析与实用计算第八章 电力系统故障的分析与实用计算第八章 电力系统故障的分析与实用计算1km0.08 /km2*20MVAUs(%)=10.5GG GT1 T2130km0.4 /km每回路110kv300MVA x=0.5系统 s 汽轮发电机G1 G22*30MVAXd=0.13汽轮机f1f2例题：计算图示系统中分别在 f1和 f2点发生三相短路后 0.2s时的短路电流。发电机母线断路器是断开的。解：取 SB 300MVA； 电压基准值为各段的平均额定电压。求各元件的电抗的标么值 。第八章 电力系统故障的分析与实用计算GG GT1 T2130km0.4 /km每回路110kv300MVA x=0.5系统 s 汽轮发电机G1 G22*30MVAXd=0.13汽轮机1km0.08 /kmf1f2等值电路：f1f2系统 sG1 G2第八章 电力系统故障的分析与实用计算 系统 sG1G2f1f1f2系统 sG1 G21 、 f1点短路（ 1）网络化简，求转移阻抗转移阻抗：各电源电动势节点和短路 点之间的阻抗系统 sG1G2f1第八章 电力系统故障的分析与实用计算 （ 2）求